During the 19-century a global warming has been observed, which includes increases in global air and ocean temperatures, widespread melting of ice and snow, and rising global sea level. There is a clear connection between emissions of greenhouse gases caused by the human and the increase in temperature. Climatic changes caused by global warming can be stopped trough decreased emission of fossil fuels, for example by an increased use of biogas. Biogas is a renewable energy source which is produced through anaerobic (oxygen free) digestion of organic material. The gas is a mixture of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and can be among others used as fuel in vehicles. Greengas is biogas produced from grains. The aim with this master’s thesis was to investigate a two-stage process for digestion of a rest by product from ethanol production, called drankvatten. Laboratory experiments were carried out with two process sets, each with two continues stirred tank reactors (CSTR). The process consisted of a thermophilic (55ºC) reactor as the first step in which the substrate was added. Afterwards there was a mesophilic (38ºC) second reactor in which the material from the first reactor was further degraded to produce more gas. The results were intended to be used for an assessment of whether a two-stage process is more efficient then a single-stage process in a full-scale production facility. One of the reasons to have a thermophilic first reactor is that the material has an average temperature around 80 ºC when it arrives to the facility today. It was proved that a two-stage process with this type of substrate generated a higher gas production but the improvements weren’t big enough to motivate a reconstruction of the facility into a two-stage process. The thermophilic process was stable with a retention time of 15 days and a loading rate of 6 g VS/(l•dygn). This retention time was the shortest which was achieved during that loading rate. During earlier mesophilic experiments a higher loading rate was achieved however the used retention time was longer. On the basis of this work no conclusions could be drawn whether a thermophilic process could withstand a higher loading rate then a mesophilic one. Longer adaptation times is probably needed to reach higher loading rates. In this work it also has been studied if it’s necessary to have continues mixing in the biogas reactors. The conclusion of this experiment is that continues mixing isn’t necessary, which results in less mixing and in that way less energy costs.

<p>During the 19-century a global warming has been observed, which includes increases in global air and ocean temperatures, widespread melting of ice and snow, and rising global sea level. There is a clear connection between emissions of greenhouse gases caused by the human and the increase in temperature. Climatic changes caused by global warming can be stopped trough decreased emission of fossil fuels, for example by an increased use of biogas. Biogas is a renewable energy source which is produced through anaerobic (oxygen free) digestion of organic material. The gas is a mixture of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and can be among others used as fuel in vehicles. Greengas is biogas produced from grains.</p><p>The aim with this master’s thesis was to investigate a two-stage process for digestion of a rest by product from ethanol production, called drankvatten. Laboratory experiments were carried out with two process sets, each with two continues stirred tank reactors (CSTR). The process consisted of a thermophilic (55ºC) reactor as the first step in which the substrate was added. Afterwards there was a mesophilic (38ºC) second reactor in which the material from the first reactor was further degraded to produce more gas. The results were intended to be used for an assessment of whether a two-stage process is more efficient then a single-stage process in a full-scale production facility. One of the reasons to have a thermophilic first reactor is that the material has an average temperature around 80 ºC when it arrives to the facility today.</p><p>It was proved that a two-stage process with this type of substrate generated a higher gas production but the improvements weren’t big enough to motivate a reconstruction of the facility into a two-stage process. The thermophilic process was stable with a retention time of 15 days and a loading rate of 6 g VS/(l•dygn). This retention time was the shortest which was achieved during that loading rate. During earlier mesophilic experiments a higher loading rate was achieved however the used retention time was longer. On the basis of this work no conclusions could be drawn whether a thermophilic process could withstand a higher loading rate then a mesophilic one. Longer adaptation times is probably needed to reach higher loading rates. In this work it also has been studied if it’s necessary to have continues mixing in the biogas reactors. The conclusion of this experiment is that continues mixing isn’t necessary, which results in less mixing and in that way less energy costs.</p>

Projektets syfte är att undersöka om HEMAB ska investera i rötning av Kattastrands avloppsslam, för att reducera mängd avloppsslam och samtidigt utvinna biogas. För att avgöra om rötning av Kattastrands avloppsslam är möjligt har en teknisk lösning för rötningen tagits fram. En ekonomisk kalkyl för den tekniska lösningar har även tagits fram. Undersökningen har även baserats på tillståndsgivning, samarbeten lokalt/regionalt och situations- och samhällsplanering.  Kattastrands avloppsslam har valts att våtrötas i ett steg, vid en mesofilt temperatur på 37 °C. Rötkammaren har en volym på 855 m3, vilket motsvarar en brädd på 10 m och en höjd på 11,9 m. Rötkammaren placeras förslagsvis på HEMAB:s mark sydost om reningsverkets två befintliga processbyggnader. Rötning av slam vid Kattastrand anses inte påverka närområdet nämnvärt. Investeringsbehovet för rötanläggningen är 5,02 miljoner kr, vilket ger en investeringskostnad på 256 tusen kr per år. Rötanläggningen har även en årlig driftkostnad på 109 tusen kr. Om den producerade biogasen används för tillverkning av värme eller kraftvärme kan elen och/eller värmen användas för att täcka rötanläggningens el och/eller värmekostnader. Det skulle resultera i att driftkostnaderna för rötanläggningen kraftigt sjunker. Om rötningen medför en anmälnings- eller tillståndsplikt måste utredas av Västernorrlands länsstyrelse. Samarbeten lokalt/regionalt är möjligt vid dimensionering av en större rötkammare, men hur ett sådant samarbete skulle se ut måste undersökas vidare.  Möjligheten att röta Kattastrands avloppsslam ses som god och jag rekommenderar därför HEMAB att fortsätta undersöka möjligheten att börja röta Kattastrands avloppsslam. / The purpose of this project is to investigate whether HEMAB should invest in anaerobic digestion of sewage sludge at Kattastrand. The gool is to reduce the amount of sewage sludge while at the same time producing biogas. A technical solution for the digestion has been developed to determine whether anaerobic digestion of the sewage sludge at Kattastrand is feasible. An economic calculation for the technical solutions has also been carried out. The study has also been based on required permits, partnership locally/regionally and site and community planning.  The sewage sludge has been chosen to be digested in a wet, one step process, at a mesophilic temperature of 37 ° C. The digestion tank has a volume of 855 m3, which expected to a width of 10 m and a height of 11.9 m. Digestion of sludge at Kattastrand is not considered to affect the immediate surrounding area significantly. The investment need for the anaerobic digestion plant is 5.02 million SEK, which gives an investment cost of 256 thousand SEK per year. The digester also has an annual operating cost of 109 thousand SEK. If the biogas is used for production of heat or cogenerated electricity and heat, the operating costs will be greatly reduced. Whether the digestion entails a notification or permit requirement must be investigated by Västernorrland landsting Board. Locally and regionally partnerships are possible by dimensioning a larger digester tank, but what these partnerships could look like should be further investigated.  The possibility to anaerobically digest the sewage sludge at Kattastrand is feasible and a good opportunity to reduce the amount of sewage sludge while at the same time producing biogas. Therefore, I recommend HEMAB to continue investigating the possibility of anaerobic digestion of the sewage sludge at Kattastrand.

I framtiden kommer belastning på Henriksdals avloppsreningsverk fördubblas, vilket innebär en ökning av antalet personer som bekännas, från cirka 800 000 till 1,6 miljoner. Hygienkravet på slam kommer även att bli striktare. Rötningsprocessen i Henriksdal reningsverk sker idag på mesofil drift (37°C), men det planeras att omställa processen till termofil drift (55°C). Denna omställning studerades i detalj på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. Innan omställningen, skedde ett försök med mesofil drift. Resultatet från denna period användes som referens.  Experimentet skedde med en fem kubikmeter reaktor och temperaturen ökades successivt från 37 till 55 °C under tre veckors tid. Parametrar som studerades var torrsubstanshalt, glödförlust, flyktiga fettsyror, alkalinitet, pH, ammoniumkväve, gassammansättningen  (𝐶𝐻4, 𝐶𝑂2, 𝐻2𝑆), teoretiska biogasproduktion, specifika biogasproduktion och specifika metanproduktion.  Omställningsprocessen var relativt stabil under de första tre dagarna. När temperaturen nådde 46 °C kollapsade metanbildande mikroorganismer. Detta detekterades genom att VFA-halten accelererade till 2736 [mg/l], pH-värde sänktes från 7,1 till 6,7 och metanutbytet försämrades med ett minimalt värde på 37 %. Koldioxidhalten ökade som följd av temperaturhöjningen och pH minskningen. Alkaliniteten var relativt stabil, men minskades från 2210 [mg/l] till 1120 [mg/l]. Under processen varierade organiska belastningen (OLR) mellan 0 och 3,84 [kgVS/ m3, d] och utrötningsgraden var mellan -47,5 % och 71,2 %. FAN-halten och svavelvätekoncentrationen ökade under omställningen men nådde aldrig de toxiska haltnivåerna som rapporteras i litteraturen. Processen började stabilisera sig efter en vecka efter att temperaturen nådde 55,0 °C och omställningen var lyckad.  Käppala avloppsreningsverk genomförde en omställning på sin pilotanläggning. Omställningsstrategin var annorlunda jämfört med försöket på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. Käppala minskade sin OLR till 1,5 [kgVS/ m3, d] innan omställningen men ökade successivt senare i försöket. Driftstopp uppstod i Käppalas omställningen. Problem som uppstod under Käppalas omställning var: enorm ökning av VFA, låg biogasproduktion och dålig biogassammansättning. På grund av detta, rekommenderas att omställa Henriksdals rötkammaren med samma strategi som försöket på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. / In the future, the load on the Henriksdal water treatment plant will double, which means an increase serving from about 800,000 people to 1.6 million people. The hygiene requirements for sludge will also become stricter. The digestion process in Henriksdal Wastewater treatment plant is currently mesophilic (37 °C) but the plans is to convert the process to thermophilic (55 °C). This conversion was studied in detail at the Hammarby Sjöstadsverk pilot plant. Prior to the conversion, a trial with mesophilic operation took place. The results of this trial were used as a reference.  The experiment took place with a five cubic meter reactor and the temperature was gradually increased from 37 °C to 55 °C with a slightly larger increase at the beginning. The experiment took place over a period of three weeks. Parameters studied were total solids, volatile solids, volatile fatty acids, alkalinity, pH, ammonium nitrogen and gas composition (𝐶𝐻4, 𝐶𝑂2, 𝐻2𝑆).  The conversion process was relatively stable during the first three days. When the temperature reached 46 °C, methane-forming microorganisms collapsed. This was detected by the increasing VFA concentration to 2736 [mg/l], pH dropped from 7.1 to 6.7, and methane exchange deteriorated with a minimum of 37 %. The carbon dioxide content increased as a result of the increase in temperature and the decrease in pH. Process alkalinity was relatively strong during the conversion but decreased from 2210 [mg/l] to a minimum of 1120 [mg/l]. This is because of the decomposition of VFA consumes the alkalinity. During the process, the organic loading rate (OLR) varied between 0 and 3.84 [kgVS/ m3, d] and the organic destruction efficiency was between -47.5% and 71.2%. This is due to the fact that the sludge quality (TS and VS) and flows varied greatly during the conversion. The FAN concentration and hydrogen sulfide concentration increased during the conversion but never reached the toxic levels reported in the literature. The process started to stabilize one week after the temperature reached 55.0 °C and the conversion was successful.  Käppala wastewater treatment plant experimented a conversion at its pilot plant. The conversion strategy was different compared to the experiment at Hammarby Sjöstadsverket's pilot plant. Käppala reduced its OLR to 1.5 [kgVS/ m3, d] before the conversion but gradually increased it later in the experiment. Stop of feeding also occurred during the Käppala conversion. Problems encountered during the Käppala conversion were huge increase in VFA, low biogas production and poor biogas composition. Because of this, it is recommended to convert the Henriksdal digester using the same strategy as the trial at the Hammarby Sjöstadsverk pilot plant.

In this thesis the methane gas potential of three different substrates, two algaes Saccharina latissima and Laminaria digitata and biosludge mixed with paper fiber was studied. This was done by batch experiments in a laboratory environment to examine the gas production and composition of the produced gas. Biogas production is a complex anaerobic digestion process in which various microorganisms decompose the substrate in steps and at the end produce biogas and a residue. Many factors affect the production of gas, for example the substrate content, temperature and pH in the digester. The analysis of methane potential were divided into two experiments. In experiment 1 substrates were digested along with inoculum from Växjö waste water treatment plant in a temperature of about 37 ˚C. In experiment 2 substrates were digested along with inoculum from Kalmar Biogas AB at about 52 ˚C. Both experiments contained 15 bottles each with three replicates for each substrate: only inoculum, inoculum + Algae 1 (Saccharina latissima), inoculum + Algae 2 (Laminaria digitata), inoculum + Paper (biosolids mixed with paper fiber), inoculum + Reference (Cellulose). The inoculum and the reference were running to assess the quality of the inoculum. Mixtures between the inoculum and the substrate was first set to 5:1 and then 4:1, based on the material's VS-concentration. All experiments went on until gas production was minimal. For experiment 1 ,with the ratio of 5:1, the end results of the accumulated methane for Algae 1, Algae 2, Paper and Reference were 315, 313, 88 and 381 Nml CH4/g VS substrate respetively. The batch with inoculum + Paper was ended after seven days because the difference between inoculum + Paper and only inoculum was small. In experiment 1, with a ratio of 4:1, inoculum + Reference and inoculum batches were not prepared mainly because of lack of space.The batch with only inoculum was assumed to give the same results as in experiment 1, with the ratio of 5:1. The end results of the accumulated methane for Algae 1, Algae 2 and Paper were: 199, 214 and 41 Nml/g VS substrate repectively For experiment 2, with the ratio of 5:1, the end results of accumulated methane for Algae 1, Algae 2, Paper and Reference were: 191, 183, 33, 243 Nml/g VS substrate respectively In experiment 2, with the ratio 4:1, the end result of accumulated methane for Algae 1, Algea 2, Paper and Reference were: 288, 179, 18, 337 Nml/g VS substrate respectively. / I detta examensarbete studerades metanpotentialen för algerna Saccharina latissima, Laminaria digitata samt bioslam blandat med pappersfiber. Detta gjordes i satsvisa försök i laboratoriemiljö där gasproduktionen och sammansättning av den producerade gasen undersöktes. Biogasproduktion sker i en anaerob rötningsprocess och är ett komplext förlopp där olika mikroorganismer sönderdelar substratet i flera steg för att slutligen bilda biogas samt en rötrest. Många faktorer så som substratets kemiska innehåll, temperatur och pH i rötkammaren påverkar produktionen av biogas. Analysen av metanpotential delades in i två försök. I försök 1 rötades substraten tillsammans med ymp från Växjö avloppsreningsverk vid en temperatur på cirka 37 ˚C. I försök 2 rötades substraten tillsammans med ymp från Kalmar Biogas AB vid cirka 52˚C. Båda försöken bestod av 15 stycken flaskor vardera med tre replikat för varje exmperiment: endast ymp, ymp + Alg 1 (Saccharina latissima), ymp + Alg 2 (Laminaria digitata), ymp + Papper (bioslam blandad med papperfiber) samt ymp + Referens (Cellulosa). Ymp och referenssubstratet kördes för att bedöma ympens kvalitet. Blandningar mellan ymp och substrat valdes först till 5:1 och därefter till 4:1, baserat på materialens VS-halter. Alla försök pågick tills gasproduktionen var minimal. För försök 1 med kvot 5:1 var slutresultatet av den ackumulerande metanmängden för Alg 1, Alg 2, Papper respektive Referens 315, 313, 88 respektivt 381 Nml/g VS substrat. Försöket med papper avslutades redan efter sju dagar eftersom skillnaden i metanmängd mellan flaskorna med ymp + Papper samt flaskor endast ymp var mycket liten. I försök 1 med kvot 4:1 rötades inte referenssubstratet och endast ymp främst på grund av platsbrist. Här antogs istället att endast ymp skulle ge samma resultat som i föregående försök med mesofil temperatur. Slutresultatet för försök 1 med kvot 4:1 blev 199, 214 samt 41 Nml CH4/g VS substrat för Alg 1, Alg 2 samt Papper. För försök 2 med kvoten 5:1 blev slutresultaten (den ackumulerade metanmängden) för Alg 1, Alg 2, Papper respektive Referens 191, 183, 33 respektive 243 Nml/g VS substrat. I försök 2 med kvoten 4:1 blev slutresultaten för Alg 1, Alg 2, Papper respektive Referens 288, 179, 18 respektive 337 Nml CH4/g VS substrat.

Because of the increasing trends in energy consumption and increased environmental awareness, greater focus has been placed on improvement and development of renewable energy sources. An already proven and accepted method is biogas production from anaerobic digestion at municipal wastewater treatment plants. In the waste water treatment process solid material and dissolved pollutants are separated from the water, forming a sludge. The sludge is separated from the process and stabilized during anaerobic digestion or aerobic aeration. Most often, mesophilic anaerobic digestion is used. Because of degradation by microorganisms, biogas with a high content of methane is formed during the digestion. To optimize the process different studies with co-digestion with sludge and other substrate have been made. It has been showed, in earlier research studies, that co-digestion with microalgae and sewage sludge results in a synergistic effect with increased biogas production. As the microalgae are microorganisms which use photosynthesis they contain stored energy from sun light. The stored energy will be available when the microalgae are digested in mesophilic conditions. In contrast to other biomass suitable for co-digestion microalgae have the advantage of being able to grow in waste water and reduce the pollutants in the water phase. Cultivation of microalgae will therefore not compete with the cultivation of food production and at the same time has the possibility to decrease the electricity- and heat consumption at the wastewater treatment plants. The aim of this study was to investigate how a possible synergetic effect between microalgae and sewage sludge effects the biogas production and the process stability. The microalgae was cultivated in municipal waste water from the WWTP in Umeå (Sweden) and the sludge was collected from the WWTP in Västerås (Sweden). The fermenters used was of the type DOLLY© and the active volume was 5 dm3. The temperature in the fermenters was kept at 37 °C and the study was divided into two periods. During the first period the hydraulic retention time was 15 days and the organic loading rate 2.4 g VS dm-3 d-1. During the second period the hydraulicretention time was kept at 10 days and the organic loading rate was 3.5 g VS dm-3 d-1. The result showed an increase with 54.6 % in methane production per reduced VS in the fermenter with co-digestion compared to the fermenter where only sludge was digested. Period one showed the highest increase. The result also showed a good process stability for both fermenters during the whole experiment. This study shows that there are reasons for continued investigations about co-digestion with microalgae and sewage sludge for an increased biogas production. / På grund av ökande el- och värmeförbrukning och ökat miljöengagemang har större fokus lagts på förbättring och utveckling av förnyelsebara källor för el- och värmeproduktion. En redan beprövad och accepterad metod för framställning av förnyelsebar energi är från biogasproduktion vid kommunala reningsverk. Vid rening av avloppsvatten avskiljs fasta partiklar och lösta föroreningar och bildar ett slam som separeras från vattnet. Slammet kan sedan stabiliseras anaerobt genom rötning eller aerobt genom luftning. En ofta använd metod vid konventionella reningsverk är mesofil anaerob rötning. Vid rötningen bryts material ner av mikroorganismer och genererar biogas som framförallt innehåller metan och koldioxid. För att optimera en sådan process och därmed kunna utvinna mer gas har det tidigare undersökts hur samrötning med olika material påverkar biogasproduktionen. Det har visat sig i forskningsförsök att samrötning med mikroalger och orötat blandslam ger en synergieffekt och mer biogas produceras. Mikroalgerna innehåller lagrad energi från solljus, då de är fotosyntesiserande organismer. Den lagrade energin har visat sig bli tillgänglig vid mesofil anaerob nedbrytning. Till skillnad från annan biomassa som undersökts för samrötning kan mikroalgerna odlas på avloppsreningsverken och fungera som en del av reningsprocessen då mikroalgerna tar upp näringsämnen ur vattnet de växer i. På det sättet undviks konkurrens om odlingsmark för livsmedel och så blir reningsprocessen på avloppsreningsverken mer el- och värmeeffektiv. Syftet med studien var att undersöka om eventuell synergieffekt mellan mikroalgerna och slammet påverkar biogasproduktionen och processtabiliteten vid mesofil anaerob rötning. Mikroalgerna som användes var odlade på mekaniskt renat spillvatten från Umeås reningsverk och slammet som användes hämtades ifrån Västerås reningsverk. Rötkamrarna som användes var av modellen DOLLY© med en aktiv volym på 5 dm3. Temperaturen i rötkamrarna hölls kring 37°C och studien var uppdelad i två perioder. Under period ett var den hydrauliska uppehållstiden 15 dygn och den organiska belastningen 2,4 g VS dm-3 d-1, medan period två hade en hydraulisk uppehållstid på 10 dygn och en organisk belastning på 3,5 g VS dm-3 d-1. Resultaten visade att metangasproduktionen per tillförd mängd organiskt material var lägre vid samrötning jämfört med rötning av enbart slam. Metangasproduktionen per reducerad mängd organiskt material ökade med upp till 54,6 % vid samrötningen jämfört med rötning av enbart slam. Period ett gav upphov till den största ökningen. Processen hölls stabil även vid inblandning av mikroalger, under både period ett och två. Studien visar att det finns ett underlag för fortsatta studier kring samrötning av mikroalger och slam för en ökad biogasproduktion.

Avloppsslam innehåller näringsämnen, som bör återföras till naturen för att skapa ett så kallat näringskretslopp. Genom att optimera hygieniseringen av avloppsslam med effektivare behandlingsmetod kan avloppsslam bli mer lämpligt att avsättas ur ett bättre ekonomiskt- och miljömässigt perspektiv. Syftet med arbetet var att undersöka och bedöma om effektiviseringav befintlig slambehandling är möjlig för att uppnå tillräcklig hygienisering. Utifrån den effektiviserade slambehandlingsmetoden utreda möjliga avsättningsalternativ som lämpar sig bäst för avloppsslammet i Avesta kommun. En litteraturöversikt utfördes för att öka kunskapen och förståelsen av avloppsslam, desshantering och avsättning. Fallstudien är utformad med kvalitativ metod och informationen har inhämtats från vetenskapliga artiklar, myndigheter, rapporter, examensarbeten och personligkontakt som komplement för att erhålla en god förståelse. Uppgradering av mesofil rötning av avloppsslam vid 37 °C till termofil rötning, 55 °C – 65 °C innebär förhöjd temperatur; det kräver mer energi och ökade energikostnader. Komponenter av den mesofila rötningsprocessen kommer att behöva uppgraderas eller bytas ut och därför tillkommer extra kostnader som också behöver ses över. Fördelarna med termofil rötning inkluderar kortvariga uppehållstider, mindre rötkammare och slammet blir tillräckligt hygieniserat. Ett framtidsscenario är framtaget utifrån effektiviserad slambehandling där två avsättningsalternativ är mest lämpliga för avloppsslammet i Avesta kommun. Gödsel till produktiv mark är ett av de föreslagna alternativ som tillåter fosforn återvinnas och återanvändas. Om inte termofil rötning som effektivisering hade erhållit tillräcklig hygienisering borde andra komplementerande processer ha införts, exempelvis komposteringstrumma eller pastörisering. En fullständig kostnadsjämförelse mellan befintlig slambehandlingsmetod och mer effektiviserad slambehandlingsmetod är dock nästan omöjlig att utföra då alla kostnader beror på val av komponenter och faktorer. Denna fallstudie bidrar med ett underlag som kan ge större möjligheter för Avesta Vatten och Avfall AB att välja den mest lämpliga avsättningen för avloppsslammet i Avesta kommun i framtiden. / Sewage sludge contains nutrients, which should be returned to nature to create a so-called nutrient circulation. By optimizing sanitisation of sewage sludge with effective treatment methods, sewage sludge can be more appropriately disposed from a better economic- and environmental perspective. The aim of this work was to investigate and judge the efficiency of existing sludge treatment is possible to achieve a sufficent sanitation. Based on the streamlined sludge treatment method investigate the disposal options that is best suited for sewage sludge in Avesta town. A literature review was conducted to increase the knowledge and understanding of sewage sludge, its treatment and disposal. The case study is formed with qualitative method and information which has been collected from the scientific articles, authorities, reports, theses and personal contact as a complement to obtain a good understanding. Upgrading of mesophilic digestion of sludge at 37 ° C to thermophilic digestion at 55 ° C - 65 ° C means increased temperature; this requires more energy and hence increases energy costs. Components of the mesophilic digestion process need to be upgraded or replaced and therefore additional costs should also be considered. The advantages of the thermophilic digestion include short residence time, smaller digester and sludge becomes sufficiently disinfected. A future scenario is developed based on more efficient sludge treatment where two disposal options are most appropriate for the sewage sludge in Avesta town. Returning digestate to productive land is one of those suggested alternatives that allows phosphorus to be recovered and recycled. If not thermophilic digestion as streamlining is not effective enough for sufficient sludge sanitation, other complementary processes have to be introduced, for instance, composting drum or pasteurization. A full cost comparison between the existing sludge treatment and more efficient sludge treatment method is, however, almost impossible to be performed when all costs depend on the choice of components, factors and so on. This case study contributes with first-hand information that can provide greater opportunities for Avesta Vatten och Avfall AB to select the most appropriate options for sewage sludge disposal in Avesta town in the future.

För att minska klimatpåverkan är energisnåla processer och användning av fossilfria bränslen viktigt. Vid stabilisering av avloppsslam vid reningsverk är en vanlig metod rötning som förutom att ta hand om slammet även producerar biogas, ett fossilfritt bränsle med låga växthusgasutsläpp. Processer som drivs inom det mesofila temperaturområdet har visat sig vara stabila och ger en jämn gasproduktion. Det mesofila området sträcker sig mellan 25–40°C men de flesta processer drivs mellan 35–40°C. Den här studien undersöker möjligheten att sänka temperaturen inom det mesofila området för att få en lägre energiförbrukning och en energisnålare process. Då det är viktigt att biogasproduktionen inte försämras av en sänkt temperatur har skillnad i utrötningsgrad, metanpotential och utrötningstid undersökts vid tre olika temperaturer (32, 34,5 samt 37,5°C) via satsvisa utrötningsförsök. Utöver påverkan på biogasproduktionen har en energibalansberäkning utförts för rötkamrarna vid Uppsala reningsverk. Detta ger ett mått på hur stora vinster i värmeenergi en sänkt temperatur kan leda till. En betydande kostnad vid reningsverk är avvattningen av slam och det är därför viktigt att den inte riskerar att försämras om temperaturen sänks. Ett filtreringsförsök som mäter CST (Capillary Suction Time) ger ett mått på slammets avvattningsegenskaper och har därför utförts vid tre olika temperaturer. Resultaten visade ingen försämring i biogasproduktion vid en sänkning till 34,5°C och en minskning i metanpotential med 11 % vid en sänkning till 32°C. Nedbrytningshastigheten försämrades inte vid en sänkt temperatur. Vinster i form av lägre värmeförbrukning uppgick till 14 % vid sänkning till 34,5°C och 27 % vid sänkning till 32°C. Avvattningsförsöket visade ingen försämrad avvattning vid lägre temperaturer. Den här studien visar att det finns en möjlighet att sänka temperaturen i rötkammaren vid reningsverket i Uppsala och på så sätt sänka energiförbrukningen. För att bekräfta resultaten bör även kontinuerliga försök utföras men denna studie visar att det är möjligt att få en lyckad nedbrytning även i lägre mesofila temperaturer. Resultatet öppnar upp för fortsatta undersökningar om temperaturförändringar inom det mesofila området och kan leda till en optimering av rötningsprocessen och möjlighet att få en effektiv och energisnål produktion av biogas. / Energy efficient processes and the use of fossil free fuels play an important role in order to reduce the impact of climate change. Anaerobic digestion is a common way for stabilizing sewage sludge at wastewater treatment plants (WWTP). One of the benefits with anaerobic digestion is that it also produces biogas, a fossil free fuel with low greenhouse gas emissions. An operational temperature within the mesophilic range has proven to give a stable process with an unfluctuating production of gas. The mesophilic temperature range between 25-40°C but most processes are operated between 35-40°C. This study investigates the opportunity to lower the temperature within the mesophilic range in order to reduce energy consumption. It is important to maintain the production of biogas with a lower temperature. Therefore, the reduction in VS-content (VS-volatile solids), methane yield and time for degradation was determined by a BMP-experiment (BMP-Biochemical Methane Potential) in three different temperatures (32, 34.5 and 37.5°C). In order to quantify the reduction in heat consumption with lower operational temperatures the change in heat balance for a full-scale WWTP in Uppsala was calculated. A major part of the operational cost is dewatering of sludge and it is therefore important that it does not deteriorate with a lower temperature. The effect on the dewaterability at different temperatures was examined by a filterability test measuring CST (capillary suction time). The results from the study showed no significant difference in methane yield between 37.5°C and 34.5°C. The methane yield at 32°C was 11 % lower compared to 37.5°C but the degradation kinetic was not affected by a temperature change. The reduction in heat consumption was 14 % when the temperature was reduced to 34.5°C and 27 % when it was reduced to 32°C. The filterability test did not show a deterioration with lower temperatures. The study showed that it is possible to reduce the operational temperature for anaerobic digestion at the WWTP in Uppsala in order to reduce the energy consumption. To confirm these results a continuously experiment should be done, but this study shows that it is possible to get a successful degradation in a lower mesophilic temperature. This leads the way for further investigations within the mesophilic range and could lead to optimizing anaerobic digestion and the opportunity to get an energy efficient production of biogas.

Käppala wastewater treatment plant (WWTP) has, during a few years, observed an increase in organic loading rate (OLR) in the mesophilic anaerobic digester R100, due to an increased load to the WWTP. The digestion of primary sludge at Käppala WWTP is today high loaded, with a high organic loading rate (OLR) and low hydraulic retention time (HRT). This study aims to evaluate the effect of the maximum OLR and the minimum HRT for the anaerobic digestion of sewage sludge and to investigate further actions that can be taken into consideration in case of process problems in the digestion. The study consists of (a) a practical laboratory experiment of 6 pilot-scale reactors to investigate how the process stability is affected when the OLR increases and the HRT decreases. (b) A mass balance calculation based on the energy potential in the feeding sludge and the digested sludge. (c) A study of the filterability of the digested sludge. (d) The construction of a forecasting model in Excel, to predict when digester R100 will reach its maximum OLR and minimum HRT. The result of the study shows that the maximum OLR for Käppala conditions is 4.9 g VS dm-3 d-1, meaning that R100 will reach its maximum organic load around the year 2031. An OLR of 4.5-4.9 and an HRT of 12 days is optimal for R100, according to the present study. Keeping the anaerobic digestion process in balance is vital when it comes to the outcome of energy in the anaerobic digestion process. Pushing the process to produce more gas can become counterproductive since a high OLR can lead to process imbalance, which in turn leads to low biogas production. Imbalance in the digestion process can occur fast; therefore, the margin for overload in the anaerobic digestion process must be significant. The methane concentration in the converted biogas and the pH level in the reactor are the best stability parameters for the conditions at Käppala. Ammonia is the less efficient stability parameter since it did not predict or detect any instability during the experimental process. Furthermore, the OLR and HRT have a significant impact on the needed quantity for dewatering polymer. The higher digestion of organic material in the sludge, the bigger the need for the polymer to take care of the rest material.

Käppala wastewater treatment plant (WWTP) has, during a few years, observed an increase in organic loading rate (OLR) in the mesophilic anaerobic digester R100, due to an increased load to the WWTP. The digestion of primary sludge at Käppala WWTP is today high loaded, with a high organic loading rate (OLR) and low hydraulic retention time (HRT). This study aims to evaluate the effect of the maximum OLR and the minimum HRT for the anaerobic digestion of sewage sludge and to investigate further actions that can be taken into consideration in case of process problems in the digestion. The study consists of (a) a practical laboratory experiment of 6 pilot-scale reactors to investigate how the process stability is affected when the OLR increases and the HRT decreases. (b) A mass balance calculation based on the energy potential in the feeding sludge and the digested sludge. (c) A study of the filterability of the digested sludge. (d) The construction of a forecasting model in Excel, to predict when digester R100 will reach its maximum OLR and minimum HRT. The result of the study shows that the maximum OLR for Käppala conditions is 4.9 g VS dm-3 d-1, meaning that R100 will reach its maximum organic load around the year 2031. An OLR of 4.5-4.9 and an HRT of 12 days is optimal for R100, according to the present study. Keeping the anaerobic digestion process in balance is vital when it comes to the outcome of energy in the anaerobic digestion process. Pushing the process to produce more gas can become counterproductive since a high OLR can lead to process imbalance, which in turn leads to low biogas production. Imbalance in the digestion process can occur fast; therefore, the margin for overload in the anaerobic digestion process must be significant. The methane concentration in the converted biogas and the pH level in the reactor are the best stability parameters for the conditions at Käppala. Ammonia is the less efficient stability parameter since it did not predict or detect any instability during the experimental process. Furthermore, the OLR and HRT have a significant impact on the needed quantity for dewatering polymer. The higher digestion of organic material in the sludge, the bigger the need for the polymer to take care of the rest material.